A dead carpenter ant with fungal spores erupting out of its head. (Image: David Hughes/Penn State University)

Las hormigas carpinteras de la selva tropical brasileña lo tienen jodido. Cuando uno de estos insectos se infecta con un hongo determinado, se convierte en una “hormiga zombi” y ya no controla sus acciones. Manipulada por el parĂĄsito, una hormiga infectada abandonarĂĄ los acogedores confines de su hogar arbĂłreo y se dirigirĂĄ al suelo del bosque, un ĂĄrea mĂĄs adecuada para el crecimiento de hongos. DespuĂ©s de alojarse en la parte inferior de una hoja, la hormiga zombificada se ancla a sĂ­ misma mordiendo el follaje. Esto marca el acto final de la vĂ­ctima. A partir de aquĂ­, el hongo continĂșa creciendo y pudriĂ©ndose dentro del cuerpo de la hormiga, atravesando en algĂșn momento la cabeza de la hormiga y liberando sus esporas de hongos. Todo este proceso, de principio a fin, puede llevar mĂĄs de diez agonizantes dĂ­as.

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Sabemos de las hormigas zombis desde hace bastante tiempo, pero los cientĂ­ficos siguen intentando comprender cĂłmo el hongo parĂĄsito, O. unilateralis, realiza sus tareas de titiritero. Este hongo se conoce comĂșnmente como “parĂĄsito cerebral”, pero una nueva investigaciĂłn publicada esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences muestra que los cerebros de las hormigas zombis quedan intactos tras la infecciĂłn, y que O. unilateralis es capaz de controlar las acciones de su anfitriĂłn infiltrando y rodeando las fibras musculares a travĂ©s del cuerpo de la hormiga. En otras palabras, convierte a la hormiga infectada en una versiĂłn externalizada de sĂ­ mismo. Las hormigas zombis se convierten en parte insecto, parte hongo. Horrible, Âżverdad?

Para hacer este descubrimiento, el cientĂ­fico que descubriĂł por primera vez el hongo de la hormiga zombi, David Hughes de Penn State, iniciĂł un esfuerzo multidisciplinario que involucrĂł a un equipo internacional de entomĂłlogos, genetistas, informĂĄticos y microbiĂłlogos. El objetivo del estudio era observar las interacciones celulares entre O. unilateralis y la hormiga Camponotus castaneus durante una etapa crĂ­tica del ciclo de vida del parĂĄsito, la fase en que la hormiga se ancla en el fondo de la hoja con sus poderosas mandĂ­bulas.

Hormigas infectadas con O. unilateralis en etapa tardĂ­a. (Imagen: David Hughes / PLOS ONE)

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“Se sabe que el hongo secreta metabolitos especĂ­ficos de los tejidos y causa cambios en la expresiĂłn gĂ©nica del hospedador y atrofia los mĂșsculos mandibulares de su hormiga huĂ©sped”, dijo el autor principal Maridel Fredericksen, candidato doctoral en el Instituto ZoolĂłgico de la Universidad de Basilea, Suiza. “El comportamiento del huĂ©sped alterado es un fenotipo extendido de los genes del parĂĄsito microbiano que se expresa a travĂ©s del cuerpo de su huĂ©sped. Pero no se sabe cĂłmo el hongo coordina estos efectos para manipular el comportamiento del huĂ©sped”.

Al referirse al “fenotipo extendido” del parásito, Fredericksen quiere decir la forma en que O. unilateralis puede secuestrar una entidad externa, en este caso la hormiga carpintera, y convertirla en una extensión literal de su yo físico.

Para el estudio, los investigadores infectaron hormigas carpinteras con O. unilateralis o un patĂłgeno fĂșngico menos amenazante y no zombificante conocido como Beauveria bassiana, que sirviĂł como control. Al comparar los dos hongos diferentes, los investigadores pudieron discernir los efectos fisiolĂłgicos especĂ­ficos de O. unilateralis en las hormigas.

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Usando microscopios electrĂłnicos, los investigadores crearon visualizaciones 3D para determinar la ubicaciĂłn, abundancia y actividad de los hongos dentro de los cuerpos de las hormigas. Se tomaron rebanadas de tejido a una resoluciĂłn de 50 nanĂłmetros, que se capturaron utilizando una mĂĄquina que podĂ­a repetir el proceso de rebanar y fotografiar a una velocidad de 2.000 veces cada 24 horas. Para analizar esta espantosa cantidad de datos, los investigadores recurrieron a la inteligencia artificial: se enseñó a un algoritmo de aprendizaje automĂĄtico a diferenciar entre cĂ©lulas fĂșngicas y hormonales. Esto permitiĂł a los investigadores determinar cuĂĄnto del insecto seguĂ­a siendo hormiga, y cuĂĄnto de se habĂ­a convertido en el hongo externalizado.

ReconstrucciĂłn 3D de un mĂșsculo aductor de la mandĂ­bula (rojo) rodeado por una red de cĂ©lulas fĂșngicas (amarillo). (Imagen: Hughes Laboratory / Penn State)

Los resultados fueron realmente preocupantes. Las cĂ©lulas de O. unilateralis proliferaron en todo el cuerpo de la hormiga, desde la cabeza y el tĂłrax hasta el abdomen y las piernas. AdemĂĄs, las cĂ©lulas fĂșngicas estaban todas interconectadas, creando una especie de red biolĂłgica colectiva al estilo Borg que controlaba el comportamiento de las hormigas.

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“Encontramos que un alto porcentaje de las cĂ©lulas en el huĂ©sped eran cĂ©lulas fĂșngicas”, dijo Hughes en un comunicado. “En esencia, estos animales manipulados eran hongos en el cuerpo de las hormigas”.

Pero lo mĂĄs sorprendente de todo es que el hongo no se habĂ­a infiltrado en el cerebro de las hormigas carpinteras.

“Normalmente en los animales, el comportamiento es controlado por el cerebro que envĂ­a señales a los mĂșsculos, pero nuestros resultados sugieren que el parĂĄsito controla el comportamiento del huĂ©sped perifĂ©ricamente”, explicĂł Hughes. “Casi como un titiritero tira de las cuerdas para hacer un movimiento de marioneta, el hongo controla los mĂșsculos de la hormiga para manipular las piernas y las mandĂ­bulas del huĂ©sped”.

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De cĂłmo el hongo es capaz de navegar la hormiga hacia la hoja, sin embargo, aĂșn se desconoce la mayor parte. Y, de hecho, que el hongo deje en paz el cerebro puede proporcionar una pista. El trabajo previo mostrĂł que el hongo puede estar alterando quĂ­micamente los cerebros de las hormigas, lo que lleva al equipo de Hughes a especular que el hongo necesita que la hormiga sobreviva el tiempo suficiente para realizar el comportamiento final de morder las hojas. TambiĂ©n es posible, sin embargo, que el hongo necesite aprovechar parte de la potencia cerebral existente (y capacidades sensoriales) para “dirigir” la hormiga alrededor del suelo del bosque. Se requerirĂĄn investigaciones futuras para convertir estas teorĂ­as en algo mĂĄs sustancial.

“Este es un excelente ejemplo de cĂłmo la investigaciĂłn interdisciplinaria puede impulsar nuestro conocimiento”, dijo a Gizmodo Charissa de Bekker, una entomĂłloga de la Universidad de Florida Central, no afiliada al nuevo estudio. “Los investigadores utilizaron tĂ©cnicas de vanguardia para finalmente confirmar algo que pensamos que era cierto pero de lo que no estĂĄbamos seguros: que el hongo O. unilateralis no invade ni daña el cerebro”.

De Bekker dice que este trabajo confirma que algo mucho mĂĄs complicado estĂĄ sucediendo, y que el hongo podrĂ­a estar controlando la hormiga secretando compuestos que pueden funcionar como neuromoduladores. Los datos recabados del genoma fĂșngico tambiĂ©n apuntan a esta conclusiĂłn.

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“Esto significa que el hongo podrĂ­a producir una gran cantidad de compuestos bioactivos que podrĂ­an ser de interĂ©s en tĂ©rminos de descubrimiento de nuevos fĂĄrmacos”, dijo de Bekker. “¡Estoy muy entusiasmada con este trabajo!”

De Bekker, una autoridad en lo que se refiere al hongo de la hormiga zombie, también lanzó una nueva investigación esta semana. Su nuevo estudio, publicado en PLOS One en coautoría con David Hughes y otros, examinó el reloj molecular del hongo Ophiocordyceps kimflemingiae (una especie recientemente nombrada del complejo O. unilateralis) para ver si los ritmos diarios, y por lo tanto relojes biológicos, son un aspecto importante de las interacciones paråsito-huésped estudiadas por los biólogos.

“AdemĂĄs de confirmar que el hongo tiene un reloj molecular, descubrimos que esto da como resultado la oscilaciĂłn diaria de ciertos genes”, dijo de Bekker a Gizmodo. “Si bien algunos de ellos estĂĄn activos durante el dĂ­a, otros estĂĄn activos durante la noche. Curiosamente, encontramos que el hongo activa especialmente los genes que codifican proteĂ­nas secretadas durante la noche. ÂĄEstos son los compuestos que posiblemente interactĂșan con el cerebro del anfitriĂłn! El hongo, por lo tanto, no solo libera compuestos bioactivos para manipular el comportamiento, sino que tambiĂ©n parece haber un momento preciso para ello”.

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Claramente hay mucho por aprender sobre este insidioso paråsito y cómo secuestra sus huéspedes insectoides, pero como lo atestiguan estos estudios recientes, nos estamos acercando mås a la respuesta, una que es claramente perturbadora por naturaleza.

[Proceedings of the National Academy of Sciences, PLOS One]